[发明专利]单条分布式光纤传感现场随机噪声压制设备

说明书

技术领域

本发明涉及单条分布式光纤传感随机噪声压制技术领域，特别涉及基于二维局部自适应曲波收缩方法的随机噪声压制技术，增强光纤传感采集的有效信号。发明针对石油天然气管线长距离输运监测的应用。

背景技术

分布式光纤传感技术具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力。其基本特征为：分布式光纤传感系统中的敏感传感元件仅为光纤本身；单条光纤一次测量可以获取整个光纤区域内被测量对象的一维分布图，连续时间多次测量，可以测定被测量的二维分布情况；对于几公里到上千公里的石油天然气管线输运监测，系统的空间分辨力一般在米的量级。因此对于油气生产输运监测的具体应用，分布式光纤传感采集的数据量是TB级，而且光纤采集的信号一般为微弱信号，随机噪声严重影响采集信号的信噪比，从而影响系统监测的准确性。

目前，针对分布式光纤传感的工程应用，还没有具体的解决随机噪声的现场设备。在雷达、声纳、无线通讯、和地震学等诸多领域的应用中，压制随机噪声的方法种类很多，其中具有代表性的有：基于小波变化的随机噪声压制、基于S变化的随机噪声压制、奇异值分解压制随机噪声、和基于隐马尔可夫模型平滑估计的随机噪声压制方法。

在实际的分布式光纤传感采集的工作环境下，海量数据导致处理问题复杂而艰巨，其主要难点有一下几个方面：(1)数据量过大，对于现场处理要求有一定的实时性；(2)软件代码优化要求高，多线程和并行处理提高计算效率有挑战；(3)硬件性能要求高，CPU、内存、硬盘和I/O接口等系统资源占用率高。当前，为了解决海量数据的现场信号处理问题，很多科研单位和公司都在不断研究新的噪声压制方法。其中曲波收缩方法的随机噪声压制技术成为研究的热点。它利用曲波变化的多尺度、多方向、高冗余度和瞬态的特性，在曲波域可以有效的区分有效信号和噪声信号。同时，结合曲波收缩理论，利用阈值来压制随机噪声，从而提高输出信号的信噪比。

近几年，基于曲波收缩技术的随机噪声压制方法在图像处理领域进行了一些研究。文献“The curvelet transform for image denoising，”(Jean-Luc Starck；E.J.Candes，D.L.Donoho，IEEE Transactions on Image Processing，Vol.11，No.6，pp.670-684，2002.)提出了一种利用第一代曲波变化来压制图像中随机噪声的方法。压制方法的原理是基于硬阈值估计的曲波收缩方法。第一代曲波变化的实现复杂，计算量大，所以很难应用在海量数据上。

2006年Emmanuel Candes，David Donoho，Laurent Demanet在“Methods for performing fast discrete curvelet transforms of data”美国发明专利(申请号7840625)中提出了快速曲波变换的实现方法，同时，专利还描述了利用基于硬阈值的曲波收缩方法，来去除随机噪声对有效信号的干扰。曲波变化的快速算法大幅提升了计算效率，但基于硬阈值的方法，使压制过的信号存在比较明显的失真。

文献“Local adaptive shrinkage threshold denoising using curvelet coefficients，”(Q.Z.Bao，J.H.Gao，W.C.Chen，Electronics Letters，Vol.44，No.4，pp.277，2008.)利用局部自适应曲波收缩的方法来压制噪声，此方案的阈值函数分别利用均值滤波器和中值滤波器根据曲波系数的局部特性和噪声的大小来定义。它的阈值处理能更好的描述各个尺度和角度的噪声情况，从而提高最终输出信号的信噪比，并且失真也较小。但在阈值滤波中，此方法只提供了硬阈值的方法，对于精细处理，此方法的效果不是太理想。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于二维曲波收缩技术的现场随机噪声压制的设备，解决分布式光纤传感中，由于随机噪声干扰影响输出信噪比的问题。

本发明通过以下技术方案实现：单条分布式光纤传感现场随机噪声压制设备，由两大组成部分，(1)高性能计算平台，作为现场设备的硬件配置要求多核CPU、大容量内存和硬盘、高性能I/O接口。(2)软件模块，实现噪声压制的处理功能，其实现步骤如下：